风力发电机组的组成部分
风力发电机组的组成部分
风力发电机组是一种利用风能将其转化为电能的设备。
它主要
由风轮、传动装置、发电机、控制系统和支架等几部分组成。
在
接下来的文章中，我们将逐一对风力发电机组的这几个组成部分
进行详细的介绍。
风轮
风轮是风力发电机的核心组成部分，它承担着转化风能为机械
能的任务。
它通常是由多个叶片组成，且尺寸和形状各异，一般
有二、三、四、五等不同叶片数。
在风能的作用下，叶片旋转，
通过传动装置将旋转的能量传递到发电机中。
传动装置
传动装置是将叶轮旋转能量传递给发电机的一个重要组成部分，它由减速器和轴系组成。
减速器是将叶轮高速旋转的转速减低至
适合发电机的转速。
轴系是机组整个旋转系统的支撑，也是组织
叶片旋转的“传动桥梁”。
发电机
发电机是将叶轮通过传动装置所传递过来的机械能转化为电能的关键部分。
它的工作原理是利用磁场和电流的相互作用，将机械能转化为电能，这样才能将风能转为可用的能源。
发电机的容量决定了风力发电机组的发电量和输出功率的大小。
控制系统
控制系统是风力发电机组的大脑，它可以控制机组安全和高效的运转。
它主要由风速测量系统、偏航控制系统和保护控制系统三个部分组成。
风速测量系统从风速仪接收风速信息，控制机组的转动；偏航控制系统使风能在不同方向吹来时，机组转向对准风源；保护控制系统可以监测机组的运行情况，检测可能出现的故障，保护整个机组安全运行。
支架
支架是风力发电机组的支撑系统，不仅支持机组转动和发电，还要承受外界风的冲击和风压。
支架的稳定性和结构的合理性是机组运行的保证，它直接决定机组的寿命和运行安全性。
最后，风力发电机组需要完整、可靠的网络系统对每个部件进行监控和管理。
在低效率的情况下，风力发电机组的维护和管理非常昂贵，这一点需要重视。
维护保养包括检查和更换零部件，也包括保持机组的清洁，尤其是叶片的定期清洗。
只有保证每个部分的正常运行，才能摆脱燃煤和核能等传统能源的依赖，更好地利用风能进行能源转换。
风电场考试题及答案
风电场考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10题，共20分）1. 风电场中风力发电机组的主要能量来源是？A. 太阳能B. 风能C. 水能D. 核能答案：B2. 以下哪项不是风力发电机组的组成部分？A. 塔筒B. 叶片C. 齿轮箱D. 电池答案：D3. 风电场的选址主要考虑的因素不包括？A. 风速B. 地形C. 交通D. 土壤酸碱度答案：D4. 风力发电机组的额定功率是指？A. 发电机组的最大输出功率B. 发电机组的最小输出功率C. 发电机组的平均输出功率D. 发电机组在无风时的输出功率答案：A5. 以下哪种材料不适合用于制造风力发电机组的叶片？A. 玻璃纤维B. 碳纤维C. 铝合金D. 木材答案：D6. 风电场的并网操作中，以下哪项是必须考虑的？A. 电压匹配B. 频率匹配C. 相位匹配D. 以上都是答案：D7. 风电场的维护中，以下哪项不是常规检查的内容？A. 叶片的完整性B. 齿轮箱的油位C. 塔筒的垂直度D. 发电机组的重量答案：D8. 风电场的发电量与以下哪项因素无关？A. 风速B. 叶片长度C. 机组数量D. 机组颜色答案：D9. 风电场的运行中，以下哪项是提高发电效率的关键？A. 提高风速B. 增加机组数量C. 优化控制策略D. 减少机组数量答案：C10. 风电场的环境影响评估中，以下哪项不是评估的内容？A. 噪音影响B. 视觉影响C. 生态影响D. 经济效益答案：D二、多项选择题（每题3分，共5题，共15分）1. 风电场的建设需要考虑的自然因素包括？A. 风速和风向B. 地形和地貌C. 气候和气象D. 土壤条件E. 交通条件答案：ABCD2. 风力发电机组的维护中，以下哪些是重要的维护项目？A. 叶片的清洁B. 齿轮箱的润滑C. 塔筒的防腐D. 电气系统的检查E. 机组的重新涂装答案：ABCD3. 风电场的经济效益评估中，需要考虑的因素包括？A. 初始投资成本B. 运行和维护成本C. 发电成本D. 政策补贴E. 环境影响答案：ABCD4. 风电场的并网技术要求包括？A. 电压等级B. 频率控制C. 功率因数D. 无功补偿E. 电网稳定性答案：ABCDE5. 风电场的环境影响评估中，需要考虑的生态因素包括？A. 鸟类迁徙路径B. 植被覆盖C. 土壤侵蚀D. 水资源影响E. 噪音污染答案：ABCDE三、判断题（每题1分，共5题，共5分）1. 风电场的建设不需要考虑当地的气候条件。
风机塔筒的型式
风机塔筒的型式风机塔筒是风力发电机组的核心组成部分之一，其主要作用是支撑风机转子和风机发电机，并提供良好的气流通道，以便将风能转化为电能。
风机塔筒的型式多样，不同的型式适用于不同的地理环境和风能资源。
一、水泥塔筒水泥塔筒是一种常见的风机塔筒型式。
其主要特点是结构坚固、稳定性好，能够承受较大的风载荷。
水泥塔筒一般由多段水泥筒体组成，每段筒体之间通过螺栓连接。
水泥塔筒的建造需要借助大型施工机械和专业施工队伍，工期较长且成本较高。
但由于其耐久性好，使用寿命长，是风力发电场常用的塔筒型式之一。
二、钢管塔筒钢管塔筒是另一种常见的风机塔筒型式。
与水泥塔筒相比，钢管塔筒的建造更加简便，施工周期短，成本相对较低。
钢管塔筒一般由多节钢管组成，通过焊接或螺栓连接。
钢管塔筒的优点是重量轻、抗风能力强，适用于复杂多变的地理环境。
然而，钢管塔筒的寿命相对较短，需要定期检查和维护，以确保其安全可靠运行。
三、混凝土塔筒混凝土塔筒是近年来新兴的风机塔筒型式之一。
混凝土塔筒的建造相对简单，成本较低，同时具有较好的耐久性和抗风能力。
混凝土塔筒的制造过程中，可以采用钢筋混凝土或预应力混凝土等材料，以增加其强度和稳定性。
混凝土塔筒的优点是耐久性好，使用寿命长，适用于各种不同的地理环境和气候条件。
四、复合材料塔筒复合材料塔筒是近年来的发展趋势之一。
复合材料塔筒采用高强度的玻璃纤维增强塑料或碳纤维增强塑料制造，具有重量轻、耐腐蚀、绝缘等优点。
复合材料塔筒的建造相对简单，可以在工厂预制后运输到现场进行组装。
然而，复合材料塔筒的制造技术相对较新，需要进一步研发和验证其可靠性和安全性。
五、其他型式除了上述常见的风机塔筒型式外，还有一些其他型式的风机塔筒，如木塔筒、塑料塔筒等。
这些型式的塔筒主要适用于小型风力发电机组或特殊环境下的应用。
风机塔筒的型式多样，不同的型式适用于不同的地理环境和风能资源。
在选择风机塔筒型式时，需要考虑到风能资源、地理环境、建造成本、使用寿命等因素，并根据实际情况做出合理的选择。
风力发电构造及原理
风力发电构造及原理
风力发电是一种利用风能将风轮转动，进而驱动发电机产生电能的方法。
风力发电主要由以下几个构造组成：
1. 风轮：也称风能转换装置，是将风能转化为机械能的装置。
风轮通常由多个叶片组成，具有较大的面积，可以更好地捕获风能。
风轮形状一般为高度弯曲的螺旋状，以提高风能转换效率。
2. 风轮轴：连接风轮和发电机的轴道，负责传递风能转换的机械能。
3. 发电机：将机械能转化为电能的装置。
当风轮转动时，风轮轴会带动发电机转动，发电机中的磁场和线圈之间的相对运动产生电流，从而产生电能。
4. 控制系统：用于监测和调节风力发电机组的运行状态。
控制系统能够根据风速和发电机负荷情况，自动调整风轮的转速和方向，以确保风力发电机组的安全运行和发电效率。
风力发电的原理是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能。
当风流通过风轮时，风轮会受到风力的作用而旋转。
风轮上的叶片被风力推动，使得整个风轮转动。
风轮转动的机械能通过风轮轴传递给发电机，发电机将机械能转化为电能。
发电机通过磁场和线圈之间的相对运动产生交流电，经过整流等处理后，最终输出为可用的电能。
风力发电机组构成
固定式轮毂： 相对固定铰链式轮毂： 自由的铰链式轮毂：
2、 传动系
将风轮的力和力矩通过变速后传递给发电机，当风轮转速过高 时并能限制传动轴转动。
传动系包括低速传动轴、叶片刹车盘、增速箱、耦合器和高速 传动轴。
齿轮箱和叶片：中国风电发展限制的主要因素。
2.1齿轮箱
（1）由于发电机转速高，二极三相交流发电机转速约每分 钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转， 六极三相交流发电机转速约每分钟1000转，而风力机风轮 转速低，小型风力机转速每分钟最多几百转，大中型风力 机转速约每分钟几十转甚至十几转。这么大的转速差别， 风轮只有通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。
南高齿还与美国通用开展技术合作，专为通用公司做配套。
齿轮箱外资企业主要是弗兰德机电传动（天津）有限公司，2005年被西门子公司 收购后改名西门子机械传动（天津）有限公司，主要为外资整机厂供货。
2.2轴 承
风电机组主轴承在国内还没有专业制造厂， 目前几乎全部依赖进口，主要的国外厂商有 SKF、FAG等；其他部位的轴承，如偏航轴 承和变桨轴承，徐州罗特艾德公司可以生产。
风力发电系统构成
一、风力发电机组的系统组成
风力发电系统是将风能转换为电能的机械、电气及控制设 备的组合。
水平轴发电装置通常包括风叶、传动机构（传动轴、增速 器）、停车制动器、发电机、机座、 塔架、调速器（或限 速器）、对风装置、储能装置和控制器等。
（1）叶轮
将风的动能转换为机械能并带动其它装置。 叶轮由叶片与轮毂组成。 1.1叶片数目的确定 依据使用目的、当地风能状况决定采用高速或低速风轮后。 叶片数选择的基本原则： （1）提高风轮转速就要减少叶片数，这样可使齿轮箱变速比减小，并可降
上海电气风力发电 机组结构
fibre or copper
Rotor Controller
1100VDC
UDC
DClink voltage
fibre or copper
fFilitleterrbbaankk 2
1000/0,1A
iR1..3
dV/dT
μ Filter
1152uHH, 555500AA
rotor current feedback
• 如果所有叶片处于顺桨位置，转子端的锁紧装置只能用于风速低于10m/s （10 分钟平均风速）的时候。如果不是所有叶片都处于顺桨位置，转子端的 锁紧装置只能用于风速低于5.0m/s（10 分钟平均风速）的时候
• 如果所有叶片没有处于顺桨位置，叶轮旋转轴线必须旋转到与风向成90°位 置并且偏航系统在此位置锁定（偏航程序150）。
• 维护驱动链时，风轮必须被风轮刹车和转子刹车装置锁定。转子刹车装置只 能由专员操作。
• 如果所有叶片都处于顺桨位置（叶片与风轮扫风平面成90 度角），可以在风 速低于15m/s（10 分钟平均风速）时，利用发电机端齿轮轴的锁紧装置锁定 驱动链以进行维护工作。如果不是所有叶片都处于顺桨位置，则只能在风速 低于8m/s（10 分钟平均风速）时使用风轮锁紧装置锁定驱动链。
硬件结构
SEG变频柜（正面）
SEG变频柜（背面）
1S1
1S2 1S3 1S4
硬件结构
热交换器
电机侧du/dt滤波器
电机侧变换器和网侧变换器 电网侧电抗器
过压保护器
硬件结构
3相自耦变压器
dc-link测量单元
to转子
SU网侧变换器 控制模块
硬件结构
电网解列继电器
霍耳传感器电源模块 滤波器组1
风力发电原理图
风力发电原理图风力发电原理图风力发电是利用风能将其转化为电能的一种清洁能源发电方式。
风力发电原理图展示了风力发电机组的基本组成部分和工作原理。
一、风轮和主轴风轮是风力发电机组的核心部件，也是风能转化为机械能的关键组件。
风轮通常由几个叶片组成，通过设计与空气相互作用，将空气中的动能转化为旋转运动。
风轮固定在主轴上，主轴承受叶片产生的旋转力矩，并将旋转动能传递给发电机。
二、发电机发电机是风力发电系统中的关键设备，负责将机械能转化为电能。
通常使用的是同步发电机，其工作原理是利用电磁感应产生电流。
主轴高速旋转时，通过磁场与线圈的相互作用，感应出交流电流。
这个交流电流进一步通过变压器和电力系统进行升压和输送。
三、塔架和朝向系统风力发电机组安装在高塔架上，以在更高的位置捕捉更多的风能。
塔架通常由钢构件构成，以保持结构的稳定性和强度。
此外，风力发电机组还配备了朝向系统，用于通过自动或手动调整朝向控制风轮叶片的角度，以最大限度地利用风能。
四、控制系统和传感器风力发电机组还配备了控制系统和各种传感器，用于监测和控制发电机组的运行状态。
控制系统负责对整个系统进行监测和管理，确保发电机组的安全运行。
传感器可用于测量风速、风向、温度等参数，并将这些数据反馈给控制系统，以实现精确的控制。
五、电力系统风力发电机组产生的电能需要通过电力系统进行输送和利用。
电力系统可将发电机产生的低电压交流电转换为高电压交流电，并将其输送到电网中进行分配和供应。
六、可再生能源电力设备可再生能源电力设备包括变电站、配电设备和能量存储设备等。
变电站用于将风力发电机输送的高电压电能转换为可供用户使用的低电压电能。
配电设备用于将电能分配给不同的用户。
能量存储设备，如电池和超级电容器，可用于储存多余的电能，并在需要时释放给电力系统。
风力发电原理图简单描述了风力发电的基本组成部分和工作原理。
通过风轮和主轴将风能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电机组的结构及组成
4 玻璃钢叶片的优点
可充分根据叶片的受力特点设计强度和刚度 容易成型，易于达到最大气动效果的翼型 优良的动力性能和较长的使用寿命 维修简便，以节省大量人力物力 耐腐蚀性和耐气候性好 易于修补
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3.2.2 轮毂
轮毂是将叶片和叶片组固定到转轴上的装置。它 将风轮的力和力矩传递到主传动机构中
• 轮毂是用铸钢或钢板焊接而成。铸钢在加工前 要对其进行探伤，绝不允许有夹渣，缩孔，砂 眼，裂纹等缺陷。焊接的轮毂，其焊缝必须经 过超声波检查，并按浆叶可能承受的最大离心 力载荷确定钢板的厚度。此外，还要考虑交变 应力引起的焊缝疲劳
叶片的主要材料特性
纤维增强复合材料 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 玻璃钢复合材料
3 玻璃钢叶片
用于叶片制造的材料一般有木材、金属，如 钢和铝，以及玻璃钢。由于叶片的木材一般要选 用优质木材，如桦木、核桃木等，材料来源困难、 取材率低、造价高、维修不便。钢金属材料制造， 又存在加工复杂、工艺装备多、生产周期长、产 品不耐腐蚀等一系列问题。因此，目前在国内已 很少选用木材或金属制造叶片，大多数采用玻璃 钢。
轮箱；7－刹车机构；8－联轴器；9－发电机；10－散热器；11－冷却风扇 ；12－风速仪和风向标；13－控制系统；14－液压系统；15－偏航驱动； 16－偏航轴承；17－机舱盖；18－塔架；19、变桨距部分
3.2.1 风轮及其组成
叶片
风轮 轮毂
风轮 轴
风轮的组成图
风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别 于其它动力机的主要标志。风轮的作用是捕捉和 吸收风能。并将风能转变成机械能。再由风轮轴 将能量送给传动装置以水平轴升力型风力机的风 轮为例(下图)来说明风轮功率的计算。
第三讲 风力发电机组的结构及组成
风电塔筒受力模型分析研究毕业设计论文
风电塔筒受力模型分析研究毕业设计论文风电塔筒是风力发电机组的重要组成部分，其主要功能是承担风力发电机组的重量以及风力荷载的作用，稳定地支撑风力发电机组运行。
因此，风电塔筒的受力性能分析研究对于风力发电机组的设计和运行具有重要意义。
本文将对风电塔筒的受力模型进行分析研究，通过建立合理的受力模型，深入探讨风电塔筒在不同工况下的受力情况，为风力发电机组的设计和运行提供理论依据。
首先，本文将对风电塔筒的结构进行简要介绍。
风电塔筒一般采用钢材制造，具有圆柱形状，由多个环形钢板焊接而成。
风电塔筒的底部通常通过预埋基础与地面连接，顶部则连接风力发电机组的机舱。
风电塔筒的高度和直径通常根据具体的风电场设计要求确定。
其次，本文将建立风电塔筒的受力模型。
风电塔筒主要受到以下几种力的作用：重力载荷、风荷载、地震载荷等。
重力载荷是由风力发电机组以及风电塔筒自身的重量引起的。
风荷载是由风力作用在风电塔筒表面引起的，其大小与风速、风向以及塔筒表面积等因素有关。
地震载荷是由地震震动引起的，其大小与地震震级、地震波传播路径等因素有关。
建立合理的受力模型是分析风电塔筒受力性能的基础。
然后，本文将分析风电塔筒在不同工况下的受力情况。
首先分析重力载荷的作用，以确定风电塔筒的自重和上部负载对其受力性能的影响。
然后分析风荷载的作用，通过建立风荷载模型，探讨风力速度、风向等因素对风电塔筒受力的影响。
最后分析地震载荷的作用，通过建立地震载荷模型，研究地震波传播路径、地震震级等因素对风电塔筒受力性能的影响。
最后，本文将对风电塔筒的受力模拟结果进行分析讨论，并提出相应的设计和改进建议。
通过对受力模型的研究，可以对风电塔筒的结构进行优化设计，提高其受力性能和稳定性，从而保证风力发电机组的安全运行。
综上所述，本文将通过对风电塔筒的受力模型进行分析研究，深入探讨其在不同工况下的受力情况，为风力发电机组的设计和运行提供理论依据。
同时，本文还将对受力模拟结果进行分析讨论，并提出相应的设计和改进建议，以进一步提高风电塔筒的受力性能和稳定性。
风力发电机组设计与制造学习资料
第一章、绪论1、风力发电机组的组成风力发电机组可分为风轮、机舱、塔架和基础几个部分;1风轮由叶片和轮毂组成;叶片具有空气动力外形,在气流作用下产生力矩驱动风轮转动,通过轮毂将扭矩输入到主传动系统;2机舱由底盘、导流罩和机舱罩组成,底盘上安装除主控制器以外的主要部件;机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器,舱壁上有隔音和通风装置等,机舱底部与塔架连接;3塔架支撑风轮与机舱达到所需要的高度;塔架上安置发电机与主控制器之间的动力电缆、控制和通信电缆,还装有供操作人员上下机舱的扶梯,大型机组还设有升降机;4基础为钢筋混凝土结构,根据当地地质情况设计成不同的形式;基础中心预置有于塔架连接的基础部件,以保证将风力发电机组牢牢固定在基础上;基础周围还设置预防雷击的接地装置;2、变桨距、变速型的风力发电机组内部结构1变桨距系统：设在轮毂之中,对于电动变距系统来说,包括变距电动机、变距减速器、变距轴承、变距控制器和备用电源等;2发电系统：包括发电机、变流器等;3主传动系统：包括主轴及主轴承、齿轮箱、高速轴和联轴器等;4偏航系统：由偏航电动机、偏航减速器、偏航轴承、制动机构等组成;5控制与安全系统：包括传感器、电气设备、计算机控制与安全系统含相应软件和控制欲安全系统执行机构等;此外,还设有液压系统,为高速轴上设置的制动装置、偏航制动装置提供液压动力;液压系统包括液压站、输油管和执行机构;为了实现齿轮箱、发电机、变流器的温度控制,设有循环油冷却系统、风扇和加热器;3、风力发电机组的分类：1按功率大小：a微型~1kw；b小型1~100kw；c中型100~1000kw；d大型1000kw以上;2按风轮轴方向：a水平轴风力发电机组随风轮与塔架相对位置的不同而有上风向与下风向之分;风轮在塔架的前面迎风旋转,叫做上风向风力发电机组；风轮安装在塔架后面,风先经过塔架,再到风轮,则称为下风向风力发电机组;上风向风力发电机组必须有某种调向装置来保持风轮迎风,而下风向风力发电机组则能够自动对准风向,从而免去了调向装置;对于下风向风力发电机组,由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮,这样塔架就干扰了流过叶片的气流而形成塔影效应,增加了风轮旋转过程中叶片载荷的复杂性,降低了风力发电机组的出力和其他性能；b垂直轴风力发电机组;3按功率调节方式：a定桨距风力发电机组；b变桨距调节风力发电机组；c主动失速调节风力发电机组;4按传动形式：a高传动比齿轮箱型；b直接驱动型；c中传动比齿轮箱型半直驱;5按发电机转速变化：a定速恒速；b多态定速；c变速;4、设计依据风力发电机组的设计依据是风力发电机组的设计任务书,一般包括基本形式、基本参数和外部条件;1基本形式：目前的主流机型是水平轴、上风向、三叶片、变桨距、变速恒频风电机组; 2基本参数：风力发电机组的基本参数主要是指风力发电机组的额定功率、转速范围、总效率、设计寿命和生产成本等;3外部条件：风力发电机组的外部条件包括运行环境条件、电网条件和风场地质情况;运行环境条件主要是风资源、湍流和阵风情况、气候情况等;5、设计内容设计内容包括风力发电机组设计图样和相关的设计文件;设计图样包括外观图、部件图和零件图；设计文件包括设计计算说明书、运输和安装说明书、用户使用和维护手册等;1外观图：风力发电机组的外观图描述了其整体结构并标注了主要尺寸,同时用文字注明了设备的技术特征,如机组类型、功率调节方式、风轮旋转方向、额定功率、额定风速、风轮直径、风轮转速范围、风轮倾角、风轮圆锥角、变距最大角度、齿轮箱类型、齿轮箱增速比、发电机类型、塔架类型、轮毂中心高和各主要部件质量;2部件图：部件图是各层次安装工作的指导图样,表示各零件之间的装配关系、配合公差、轮廓尺寸、装配技术条件和标题栏等;3零件图：零件图是生产零件的依据,包括零件的结构和形状、尺寸、表面粗糙度和几何公差、材料及表面处理技术要求、技术条件、标题栏等;设计零件时,要进行相应的载荷分析和强度校核;4设计文件：设计文件是与设计相关的规范性文件,详细描述了机组设计、制造、装配、运行维护过程的理念、标准、理论依据、方法和技术要求,用于设计部门存档、指导装配和安装、指导用户作业和指导维修人员的维修作业;6、设计原则可靠性、经济性与社会效益、先进性、工艺性和易维修性、标准化;7、设计步骤1方案设计概念设计：确定风力发电机组的主要参数、整体布局和结构形式；对机组的整体载荷及整机质量进行初步计算,选择主要部件的结构,完成机舱布局的计算机设计模型；同时给定控制策略;在此基础上撰写方案设计说明书;2技术设计初步设计：根据方案设计资料,进行整机和部件结构设计和确定技术要求；进行机组载荷计算和分析；对关键零部件进行校核计算和分析；进行电气控制与安全系统设计；初步选择外购件的型号;在此基础上提供技术设计图样和技术设计说明书;3施工设计详细设计：根据技术设计结果,进行载荷计算,对零部件进行强度和刚度校核及失效分析,对关键零部件进行优化设计；对整机进行可靠性分析和动态分析;修改和审定加工图样和技术文件,填写标准件和外购件明细表,撰写设计计算说明书、运输和安装说明书以及用户使用和维修手册;第二章、风力发电机组机械设计基础1、风力发电机组等级由风速和湍流参数决定,分级的目的在于最大限度的利用风能,风速和湍流参数代表了相应风电机组安装场地的类型;注：1、表中所示参数值对应于轮毂高度;2、V ref表示10min平均参考风速；A表示高湍流特性等级；B表示中湍流特性等级；C表示低湍流特性等级；I ref表示风速为15m/s时湍流强度的期望值;2、风况分为：正常风况风力机正常运行期间频繁出现的风况条件和极端风况1年一遇或50年一遇的风况条件;参考风速：50年一遇在轮毂高度处持续10min阵风;3、风况条件是由平均恒流与确定阵风或湍流结合而成;4、每种类型的外部条件又可分为正常外部条件和极端外部条件;5、湍流：风速矢量相对于10min平均值的随机变化;在使用湍流模型时应考虑风速、风向和风切边变化的影响;6、湍流风速矢量的三个分量；纵向沿着平均风速方向横向水平并且与纵向垂直的方向竖向与纵向和侧向均垂直的方向7、正常风廓线模型NWP：风廓线vz是地表以上平均风速对垂直高度z的函数;Vz=VhubZ/Zhub的a次方;8、极端风况：用于确定风力发电机组的极端风载荷,这些风况包括由暴风及风速和风向的迅速变化造成的风速峰值;9、极端风速模型EWM：极端风速模型可能为稳定的或波动的风模型;风速模型应该基于参考风速Vref和确定的湍流标准差σ1,σ1=Iref+b;b=s,σ1=;10、其他环境条件：热、光、腐蚀、机械、电或其他物理作用、温度、湿度、空气密度、阳光辐射、雨、冰雹、雪和冰、活学活性物质、雷电、地震、盐雾;11、正常环境：温度-30~+150,湿度<=95%,阳光辐射强度1000W/m2;12、电网条件：1电压标称值+10%2频率标称值+2%3三相电压不平衡度,电压负序分量的比率不超过2%4适合的自动重合周期5断电,假定电网一年内断电20次,一次断电6小时为正常条件,断电一周为极端条件;13、设计工况：分为运行工况启动发电关机和临时性工况运输吊装维护14、设计工况：发电、发电兼有故障、起动、正常关机、紧急关机、停机、停机兼有故障、运输装配维护和修复;15、DLC设计载荷状态 ECD方向变化的极端连续阵风模型 EDC极端风向变化模型EOG极端运行阵风模型EWM极端风速模型EWS极端风切变模型ETM极端湍流模型NTM正常湍流模型NWP正常风廓线模型F疲劳性载荷分析U极限强度分析N正常A非正常 T运输和安装Vmaint维修保养风速;16、局部安全系数：由于载荷和材料的不确定性和易变性,分析方法的不确定性以及零件的重要性,在设计中一定要有必要的安全储备;17、载荷局部安全系数：载荷特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；载荷模型的不确定性;18、材料局部安全系数：材料特征值出现不利偏差的可能性或不确定性；零件截面抗力或结构承载能力评估不确定的可能性；几何参数不确定性；结构材料性能与试验样品所测性能之间的差别；换算误差;19、失效影响安全系数用来区分以下几类零件：1一类零件：失效安全结构件结构件失效后不会引起风力发电机组重要零件的失效2二类零件：非失效安全结构件3三类零件：非失效安全机械件把驱动机构和制动机构与主结构连接起来,以执行风力发电机组无冗余的保护功能;20、风力发电机组极限状态分析内容：极限强度分析；疲劳失效分析；稳定性分析；临界挠度分析;21、稳定性分析：在设计载荷作用下,非失效安全的承载件不应发生屈曲;对于其他零件在设计载荷下,允许发生弹性变形;在特征载荷下,任何零件都不应发生屈曲;第三章、总体设计总体参数是涉及到风力发电机组总结结构和功能的基本参数,主要包括额定功率、发电机额定转速、总效率、设计寿命、年发电量、发电成本、总重量、重心;1、额定功率是正常工作条件下,风力发电机组的设计要达到的最大连续输出电功率;2、设计寿命：风电机组安全等级I到Ⅲ的设计寿命至少为20年;3、额定风速是锋利发电机组达到额定功率输出时规定的风速;10~15m/s；切入风速是风力发电机组开始发电时,轮毂高度处的最低风速;3~4m/s；切出风速是风力发电机组达到设计功率时,轮毂高度处的最高风速;25m/s攻角不变,半径r处的叶素弦长与风轮转速Ω的平方成反比；变桨距攻角改变,反比于转速;4、叶片质量正比于外壳厚度与弦长的乘积,因此它随转速而正比增加;5、转速增加导致叶片重量增加、成本增加,同时转速增加导致叶片平面外的疲劳弯矩减小,机舱和塔架成本减少;6、风力发电机组产生的气动噪声正比于叶尖速度的5次方;陆基叶尖速限制在65m/s,海上74m/s;7、比功率：风力发电机组额定功率与风轮的扫掠面积的比值;405W/m平方;风电机组的总体布局包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置;8、总体布置原则：保证风力发电机组的强度、刚度、抗振性、平衡和稳定性,支撑部件要力求有足够的刚度；整机各部件、各系统、附件和设备等,要考虑布置得合理、协调、紧凑；保证正常工作和便于维护,并考虑有较合理的重心位置；传统系统力求简短,达到结构紧凑、体积小、重量轻;9、相似设计：根据研究出来的性能良好、运行可靠地模型来设计与模型相似的新风力机;10、风力机相似是指风轮与气体的能量传递过程以及气体在风力机内流动过程相似,他们在任一对应点的同名物理量之比保持常数,这些常数叫相似常数;11、相似条件：几何相似、运动相似、动力相似;12、几何相似：模型与原型风力机的几何形状相同,对应的线性长度比为一定值;13、运动相似：空气流经几何相似的模型与原型机时,其对应点的速度方向相同、比例保持常数;14、动力相似：满足几何相似、运动相似的模型与原型机上,作用于对应点力的方向相同,大小之比应保持常数;15、Re为雷诺数,表示作用于流体上的惯性力与黏性力之比16、对于具有相同叶尖速比的相似模型和原型机,他们的效率也相等;17、模型试验中,雷诺数的值比临界雷诺数高,相似性依旧成立;相反相似性差;18、风电机组成本排序：叶片、塔架、齿轮箱、机舱、电网联接、发电机;第四章、风轮与叶片设计风轮的作用是把风的动能转换成风轮的旋转机械能;风轮的输出功率与风轮扫掠面积或风轮直径的平方、风速的立方和风能利用系数成正比;第一节、概述一、叶片的基本概念1、叶片长度：叶片径向方向上的最大长度；2、叶片面积：叶片旋转平面上的投影面积；3、叶片弦长：叶片径向各剖面翼型的弦长；4、叶片扭角：叶片各剖面弦线和风轮旋转平面的夹角;二、风轮的几何参数1、叶片数：风轮的叶片数取决于风轮尖速比；2、风轮直径：风轮在旋转平面上的投影圆的直径；3、轮毂高度：风轮旋转中心到基础平面的垂直距离；4、风轮扫掠面积：风轮在旋转平面上的投影面积；5、风轮锥角：叶片相对于和旋转轴垂直的平面的倾斜角；其作用是在风轮运行状态下减少离心力引起的叶片弯曲应力和防止叶尖与塔架碰撞的机会;6、风轮仰角：风轮的旋转轴线和水平面的夹角；其作用是避免叶尖和塔架的碰撞;7、风轮偏航角：风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角；偏航角可以起到调速和限速的作用,但在大型风力发电机组中一般不采用这种方式;8、风轮实度：叶片在风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值；实度大小与尖速比成反比;三、风轮的物理特性1、风轮转速;2、风轮叶尖速比公式;3、风轮轴功率公式;第二节、风轮载荷设计计算一、叶片受力示意图升力,阻力系数公式;翼型的选择：对于低速风轮,由于叶片数较多,不需要特殊的翼型升阻比；对于高速风轮,由于叶片数较少,应当选用在很宽的风速范围内具有较高升阻比和平稳失速特性的翼型,对粗糙度不敏感,以便获得较高的功率系数；另外要求翼型的气动噪声低;二、叶片载荷1、静载荷1最大受力：50年一遇的最大阵风作为最大静载荷值；2最大弯矩：当重力和气动力在同一方向上；3最大扭矩：当最大阵风时;2、动载荷1由阵风频谱的变化引起的受力变化；2风剪切影响引起的叶片动载荷；3偏航过程引起的叶片上作用力的变化；4弯曲力矩变化,由于自重及升力产生的弯曲变形；5在最大转速下,机械、空气动力制动,风轮制动的情况下；6电网周期性变化;三、叶片的受力分析离心力、风压力、气动力矩、陀螺力矩;四、风轮的强度校核1、在载荷下运转时叶片强度的计算;2、无载荷运转时叶片轴强度的计算;3、叶片停转时叶片轴强度的计算;第三节、叶片气动设计一、风力机的性能指标风轮输出功率、风能利用系数、尖速比、推力系数;相关公式二、风力机的空气动力学设计动量理论、叶素理论;三、叶片结构设计与制造一轻型结构叶片的优缺点：优点：1、在变距时驱动质量小,在很小的叶片机构动力下产生很高的调节速度；2、减少风力发电机组总质量；3、风轮的机械制动力矩小；4、周期振动弯矩由于自重减轻而很小；5、减少了材料成本；6、运费减少；7、便于安装;缺点：1、要求叶片结构必须可靠,制造费用高；2、所用材料成本高；3、风轮在阵风时反应灵敏,因此,要求功率调节也要快；4、材料特性和载荷计算必须很准确,以免超载;二叶片材料用于制造叶片的主要材料有玻璃纤维增强塑料GRP、碳纤维增强塑料CFRP、木材、钢和铝等;目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料GRP,基体材料为聚酯树脂或环氧树脂;环氧树脂比聚酯树脂强度高,材料疲劳特性好,且收缩变形小;聚酯材料较便宜,它在固化时收缩大,在叶片的连接处可能存在潜在的危险,即由于收缩变形在金属材料与玻璃钢材料之间可能产生裂纹;复合材料的优点：可设计性强、易成型性好、耐腐蚀性强、维护少,易修补;缺点：耐热性差；抗剪切强度低；存在老化问题；生产时安全防护；表面强度低；可以燃烧;GRP材料的风力发电机组叶片成形工艺有手工湿法成形、真空辅助注胶成形和手工预浸布铺层等;三叶片主体结构叶片截面类型：实心截面、空心截面、空心薄壁复合截面等;蒙皮：提供叶片的气动外形,同时承担部分弯曲载荷与大部分剪切载荷;蒙皮的层状结构包括胶衣层、玻纤毡增强层、强度层;主梁：承载叶片的大部分弯曲载荷,是主要的承力结构;四铺层设计原则1、均衡对称原则；2、定向原则；3、按照内力方向的取向原则；4、顺序原则；5、抗局部屈曲设计原则；6、最小比例原则；7、变厚度设计原则；8、冲击载荷区设计原则;五叶根结构形式1、螺纹件预埋式：连接最可靠,但每个螺纹件的定位必须准确；2、钻孔组装式：优点：不需要贵重且质量大的法兰盘；在批量生产中只有一个力传递元件；由于采用预紧螺栓,疲劳可靠性很好；通过螺栓很好的机械联接,法兰不需要粘接;缺点：需要很高的组装精度；在现场安装,要求可靠的螺栓预紧;六功率调节方法1、失速控制优点：叶片和轮毂之间无运动部件,轮毂结构简单,费用低；没有功率调节系统的维护费用；在失速后功率的波动相对较小;缺点：气动制动系统可靠性设计和制造要求高；叶片、机舱和塔架上的动态载荷高；由于常需要制动过程,在叶片和传动系统中产生很高的机械载荷；起动性差；机组承受的风载荷大；在低空气密度地区难以达到额定功率;2、变浆距控制优点：起动性好；刹车机构简单,叶片顺浆后风轮转速可以逐渐下降；额定点以后的输出功率平滑；风轮叶根承受的静、动载荷小;缺点：由于有叶片变距机构,轮毂较复杂,可靠性设计要求高,维护费用高；功率调节系统复杂,费用高;七防雷击保护雷击造成叶片损坏的机理：一方面,雷电击中叶尖后,释放大量能量,使叶尖结构内部的温度急剧升高,引起气体高温膨胀,压力上升,造成叶尖结构爆裂破坏,严重时使整个叶片开裂；另一方面,雷击造成的巨大声波对叶片结构造成冲击损坏;八降噪措施①提高制造精度,降低表面粗糙度；②修正轮齿缘;在制造齿轮时,在齿轮顶侧沿齿宽修成直线或均匀曲线；③改用斜齿轮；④改进齿轮参数;减小v、d,选取互为质数的传动比；⑤齿轮的阻尼处理;高阻尼、不淬火；⑥改进润滑方式;第四节、轮毂设计一、风轮轮毂的结构设计轮毂是连接叶片与主轴的重要部件,作用是传递风轮的力和力矩到后面的机械结构中去;通常轮毂的形状为三通形或三角形;常用的轮毂形式有：1刚性轮毂；2柔性轮毂铰链式轮毂,叶片在挥舞方向、摆振方向和扭转方向上都可以自由活动;由于铰链式轮毂具有活动部件,相对于刚性轮毂来说,制造成本高,可靠性相对较低,维护费用高；它与刚性轮毂相比所说力与力矩较小;二、风轮轮毂的载荷分析轮毂载荷的分析方法：最大剪切法、ASME锅炉和压力容器规则法、变形能法;第五章、传动与控制机构设计1、传动与控制机构：传动机械能所需传动机构和机组控制调节所需驱动机构2、主传动链：风轮轴功率传递到发电机系统所需机构;典型的主传动链包括风轮主轴系统、增速传动机构齿轮箱、轴系的支撑与连接轴承、联轴器和制动装置;设计要求：载荷传递路径最短,结构紧凑,机械传动系统与承载轴承部件集成;主要构件支撑方式：由独立轴承支撑主轴,三点支撑式主轴,主轴集成到齿轮箱,轴承集成在机舱底盘,固定主轴支撑风轮;3、主轴轴承：径向与轴向支撑通常采用滚动轴承,易产生弯曲变形;轴承计算包括静态和动态额定值、轴承寿命分析等;4、主轴：仅考虑主轴传递扭矩的初步结构设计计算,考虑综合载荷作用的主轴强度计算;5、轴系连接构件：高速轴与发电机轴采用柔性联轴器,以弥补安装误差、解决不对中问题；需考虑对机组安全保护功能；可降低成本；还需考虑完备的绝缘措施;轴与齿轮键连接平键、花键;6、主传动链齿轮：采用大传动比齿轮传动装置,将风轮所产生转矩传递到发电机,使其得到相应转速;基本特点：大传动比,大功率,难以确定动态载荷；常年运行在极端环境下,高空维修困难；设法见效其结构和重量；设置刹车装置,配合风轮气动制动;在满足可靠性和工作寿命要求前提下,以最小体积和重量为目标,获得优化的传动方案;7、齿轮箱：箱体,传动机构,支撑构件,润滑系统,其他附件;传动形式：定轴,行星齿轮以及组合传动；级数：单级,多级；布置形式：展开式,分流式,同轴式;风电齿轮箱：多级齿轮传动,采用一级或两级行星齿轮与定轴齿轮组成的混合轮系;8、轮系：由若干对啮合齿轮组成的传动机构,以满足复杂的工程要求;定轴：所有齿轮几何轴线位置固定,分为平面和空间定轴轮系,尽可能使传动级数少;星系轮系：至少有一个齿轮的轴线可绕其他齿轮轴线转动,传动效率高,承载能力强,结构简单工艺性好;9、设计载荷：分析过程要参照相应设计标准;最重要载荷参数是反映风轮输出转矩及其相应特性的载荷谱;制动载荷：风轮制动主要依靠气动制动功能,制动时间比机械制动时间短,机械制动多用于紧急情况;10、齿轮箱结构设计：内部构件尺寸+运行环境确定外部载荷准确信息;一般传动系统设计标准给出工况系数KA;;结构设计：初步确定总体结构参数,箱体结构设计,齿轮与轴的结构设计,构建连接;11、传动效率与噪声：散热是紧凑结构齿轮箱的关键,定轴轮系每级损失2%,行星轮1%,机组传动载荷小时效率会有明显下降;12、润滑油：减少摩擦,较高承载,防止胶合,降震,防疲劳点蚀,冷却防腐蚀;润滑系统：强制润滑,设置基本回路以及对润滑油加热冷却的回路;润滑方式有飞溅润滑和强制润滑;润滑油换油周期：开始,500h；运行过程,5000~10000h；定期抽样检测；半年检修；对齿轮箱重新进行检测;13、关机运动方程：空气动力矩,机械制动力矩,发电机电磁力矩;空气制动：定桨距由叶尖扰流器实现,变桨距由顺桨实现;机械制动：多置于高速轴;限制条件离心应力,摩擦速度,摩擦片温升,制动盘温升14、变桨距系统：起动,功率调节,主传动链制动;运动方程：空气动力矩,重力矩,摩擦力矩;15、电机驱动机构：驱动功率计算,电动机选择,变距轴承齿轮副传动比,减速箱基本参数;电机外壳的防护等级：IP--;电机外壳的防护GB/。
风力发电机组的结构简介
发电机组的自动启动、自动调向、自动调速、自 动并网、自动解列、运行中机组故障时的自动停 机、自动执行电缆解绕、过振动停机以及风速过 大时的自动停机等自动控制。 风电
场的各风电机组群之间可以实现联网管理、互相 通信，出现故障的风电机组会在微机总站的微机 终端和显示器上显示出来，可以进行程序的调出 和修改程序等操作，实现现场无人值守
叶片一直正对着风的方向，以充分利用风的能量， 在机舱转盘底座上安装了调向机构。由调向电机 和调向制动器来共同实现该功能。调向系统具有 自动解缆和扭缆保护装置。 风轮
的直径比较大，在运行时转速比较低。为匹配交 流发电机，满足发电机的转速要求，在低速的风 轮轴和高速的发电机轴之间安装有增速器，使传 递到发电机轴上的转速达到发电机的额
机组现场具有可靠的通信连接。 风力发电机的微机自动控制是将风向标、风速仪、 风轮的转速、发电机的电压、电流、频率等参数， 以及发电机温升、增速器温升、机舱和塔架的
振动、电缆的过缠绕、电网的电压、电流、频率 等传感器信号，通过A/D转换，输送给微机，微 机进行分析比较后，再按设定的程序发出各种执 行指令。从而实现风力发电机组的自
的方向转动一定的角度，来使叶片所接受的风能 减少，以维持风轮在额定的转速之内运行；当风 速减小时，微机发出的指令信号与前述相反，变 桨矩液压油缸动作，以减小叶片的安装
角，使叶片所接受的风能增加，维持风轮在额定 的转速范围内运转。 交流发电机的防护等级应能满足防盐雾、防沙尘 暴的要求。在湿度较大的地区，发电机内部还设 有加热装置，
由叶片带动垂直轴转动，再去带动发电机进行发 电。垂直轴风力发电机的增速器、联轴器、发电 机、制动器等都是安装在地面上的，整个机组的 安装、调试和维修均比水平轴风力发电
机要方便一些。但由于一些难以解决的技术问题， 垂直轴风力发电机的发展和应用受到了很大的限 制。下面主要介绍水平轴风力发电机的结构以及 工作过程。 大型水平轴风力发电